Чем измеряется скорость движения воздуха
Анемометр. Виды и работа. Применение и отличия. Особенности
Анемометр – это измерительный прибор фиксирующий скорость движения воздуха и газов. Устройство получило название от греческих слов «анемос матрео», дословный перевод которых обозначает «измерение ветра» Прибор изобретен известным ученым Робертом Гуком в 1667 году.
Сфера использования
Анемометры применяют метеорологи для определения скорости порывов ветра, такое оборудование устанавливается в аэропортах и на аэродромах. Им проверяют эффективность работы вентиляционного оборудования и различных промышленных установок.
Виды устройств
По принципу действия анемометры классифицируются на 4 группы:
Они кардинально отличаются между собой по применяемой технологии определения скорости газовых потоков.
Вращающиеся анемометры
Такие устройства представлены двумя схожими по принципу действия конструкциями:
Чашечный анемометр является старинным механическим устройством, вполне актуальным до сих пор. Такой прибор оснащено лопастями, лепестки которых выполнены в форме полусфер подобных чашам. Данная конструкция весьма эффективна, поскольку позволяет начать измерение с минимальной погрешностью, поскольку практически не нуждается в установке чаш по направлению ветра. Главное, чтобы поток двигался в полость полусфер, а не их обтекаемое дно.
Чашечный анемометр работает по принципу счетчика оборотов. Высчитывается сколько раз обернулась ось с лопастями, после чего полученное число разделяется на коэффициент прибора, который зависит от площади и количества чашек. Коэффициент для разных устройств составляет от 2 до 3. Надобность в измерении на протяжении определенного промежутка времени возникает только при использовании полностью механических приборов. У электронных чашечных анемометров программа способна определить текущие порывы буквально с нескольких оборотов. Подавляющее большинство чашечных устройств не реагируют на медленные порывы, скорость которых ниже 1 м/сек. Классическая чашечная конструкция не позволяет определять направление потока.
Крыльчатые анемометры также называют лопастными. Это более компактные устройства, работающие по аналогичному принципу с чашечными. При порывах ветра или газа осуществляется вращение лопастей, подобных тем, что можно встретить на вентиляторах или летательных аппаратах. Скорость ветра также определяется путем деления количества оборотов на коэффициент прибора. Для наиболее точного измерения необходимо выставить диффузор устройства по направлению движения потока. Зачастую в комплектации к крыльчатым анемометрам идет небольшой флюгер. Он позволяет определять направление ветра. Приборы данного типа способны измерять поток движения в пределах от 0,1 м/сек.
Термический анемометр
Тепловое устройство также называется термоанемометром. В нем предусматривается термопара. Прибор фиксирует ее теплопотери в результате обдува. Данный принцип вполне знаком многим. К примеру, при сильном ветре холод ощущается сильнее, чем при такой же температуре на улице, но в безветренную погоду.
Тепловые анемометры имеют нить накаливания, через которую пропускается электрический ток. В результате от интенсивности обдува температура нити меняется, что влияет на токопроводимость металла. Именно от этих изменений и отталкивается электроника устройства для расчета скорости воздушных порывов. Такое оборудование редко применяется как самостоятельный прибор, и в большинстве случаев является интегрированным в прочие системы. У автомобилей термоанемометр представлен в виде датчика массового расхода воздуха, по которому определяется соотношение приготовления горючей жидкости для двигателя внутреннего сгорания.
Акустические анемометры
Такие устройства еще называют ультразвуковыми. Подобное оборудование создает ультразвуковой сигнал, после чего измеряется скорость его передвижения. Движущиеся воздушные потоки влияют на данный показатель. Полученные результаты переводятся электронным оборудованием прибора в показатель скорости. Анемометр этого типа обычно применяется для измерения скорости потоков газа. Такие системы намного сложнее, чем может показаться изначально. Они не просто берут во внимание затраты времени, которые уходят на прохождение ультразвуковой волны от передатчика до приемника, но и принимают во внимание внешние факторы. В первую очередь это температура и влажность воздуха.
Лазерные анемометры
Устройства работающее по данной технологии были разработаны последними, поэтому еще не набрали столь широкого распространения. Они представлены компактными приборами, которые используются любителями экстремального отдыха. Лазерное устройство называется допплеровским в честь изобретателя, который предложил принцип, согласно которому частота излучения зависит от скорости относительного движения источника и приемника.
Полученный на основе данного принципа лазерный анемометр — это сложный оптико-электронный измерительный комплекс. Принцип работы прибора заключается в следующем. Движущийся в воздушном или газовом потоке объект освещается лазерным излучением из фиксированного источника. В результате световая волна отражается от объекта, что регистрируется соответствующим датчиком. В результате высчитывается разница между частотой излучения отправленного изначально света и отраженного. Данные показатели берутся в расчет, и на их основании высчитывается скорость движения ветра или газа.
Отличие между устройствами
В первую очередь анемометры можно поделить на электронные и полностью механические. При использовании последних потребуется вручную считать обороты, после чего проводить расчеты по формуле. В случае с электронными приборами все намного проще. Кроме отсутствия необходимости в расчетах, они обладают более высокой чувствительностью.
Могут фиксировать 3 параметра:
Также можно встретить анемометры, у которых непосредственный элемент измерения вынесен отдельно и сделан в качестве зонда. В этом случае устройством пользоваться гораздо удобнее. Можно проводить замеры сразу смотря на дисплей с результатами. Такое устройство имеют в первую очередь вращающиеся анемометры. Для предотвращения запутывания зонд и прибор соединяются витым эластичным кабелем.
Дополнительно электронный анемометр может иметь собственную память для сохранения результатов. Более дешевый ассортимент лишен данной функции или может хранить всего несколько измерений, не отображая при этом дату и время их получения.
Измерение воздушного потока
Приборы для измерения параметров воздушного потока в вентсистемах и газоходах.
При контроле работы отопительного оборудования и наладке систем вентиляции возникает вопрос: какой прибор использовать для измерения в воздуховодах (газоходах) таких параметров воздушного потока, как скорость и объемный расход?
На рынке представлено большое количество приборов: крыльчатые анемометры с различными диаметрами крыльчаток, термоанемометры, дифференциальные манометры с различными пневмометрическими (напорными) трубками, комбинированные приборы и так далее. Выбор прибора зависит от того, где проводятся измерения – на вентиляционной решетке или непосредственно в воздуховоде (газоходе), каков диапазон скоростей, температура, запыленность. В этой статье приводятся принципиальные различия между приборами, а также даны советы по выбору приборов в зависимости от задачи наладчика. Технические характеристики приведенных в статье приборов указаны приблизительно, так как существует множество моделей с различными параметрами.
Конструктивные особенности приборов
На рис. 1 показана линейка приборов для измерения параметров воздушного потока на примере одной из фирм-производителей, в порядке перечисления: термоанемометр, крыльчатый анемометр, дифференциальный манометр, пневмометрические трубки, комбинированный прибор со сменными зондами, воронки для определения объемного расхода.
Дифференциальный манометр (дифманометр) с напорной трубкой
При прохождении через струну потока воздуха она охлажда-ется, и меняется ее сопротивление, кото-рое пропорционально скорости воздуха.
Скорость определяется по числу оборотов вращающейся под действием потока воздуха крыльчатки.
Напорные трубки (Пито, НИИОГАЗ и др.) имеют два канала, соединяемые шлангами со штуцерами дифманометра. Они воспринимают полное и статическое давление в воздуховоде, по которым прибор измеряет динамический напор, на основе которого вычисляются скорость потока и объемный расход.
Воздуховоды, решетки, аттестация рабочих мест. Приме-няется в основном для измерения малых скоростей
Приблизи-тельный диапазон измерения
от 0,2 … 0,6 м/с
до 15 … 40 м/с
2-4 … 20-100 м/с
Скорость потока в соответствии с ГОСТ 17.2.4.06-90 должна быть не менее 4 м/с.
На практике минимальная скорость может быть от 2 до 10 м/с в зависимости от диапазона измерения давления.
Максимальная скорость ограничивается конструктивными особенностями трубки и техническими средствами проведения поверки.
Относительная погрешность по скорости
Средняя рабочая температура зонда (трубки)
Примечание. Функция усреднения, расчета объемного расхода, а в случае с дифманометром и функция расчета скорости могут быть заложены в прибор или отсутствовать.
Примечание. Дифференциальный манометр чаще всего более надежный и доступный прибор, нежели анемометры.
 |  |  |  |  |  |
|---|---|---|---|---|---|
| Рис. 1. Приборы измерения воздушного потока | |||||
Комбинированный (многофункциональный) прибор – совокупность перечисленных в таблице выше приборов. Представляет собой измерительный блок с возможностью подключения различных зондов: пневмометрических трубок, зондов-крыльчаток, термоанемометров, зондов скорости вращения, зондов температуры и влажности и др.
Воронки используются совместно с анемометрами для измерения объемного расхода на вентиляционных решетках и диффузорах. С воронками процесс измерения становится проще и точнее, т.к. проводится один замер, а не несколько в случае работы только с анемометром с последующим усреднением результатов. Необходимо, чтобы воронка полностью накрывала решетку (диффузор), то есть размер и форма воронки должны соответствовать размеру и форме решетки (диффузора). При использовании воронки в прибор вносится ее коэффициент, поэтому чаще всего анемометр можно использовать только той фирмы, которая производит и воронки к нему.
Примечание. Когда задача наладчика состоит из измерения нескольких параметров (например, давление, скорость, влажность, температура), удобнее всего воспользоваться комбинированным прибором, но это далеко не всегда дешевле, чем приобрести по отдельности дифманометр, анемометр, гигрометр и т.п.
Ограничения по использованию приборов.
Не рекомендуется использовать термоанемометры и трубки Пито для измерения в потоках воздуха с большой запыленностью, а термоанемометры также и в высокоскоростных потоках (более 20 м/с). В трубках Пито отверстие, воспринимающее полное давление, небольшого диаметра, и оно может засориться. А в термоанемометре может порваться чувствительный элемент – «обогреваемая струна». Большая запыленность может быть, например, при производстве цемента, муки, сахара, в металлургии, при наладке вентсистем в период строительства и др.
Нежелательно использование приборов вне диапазонов рабочих температур для измерительного блока и зондов. При высоких температурах рекомендуем использовать пневмометрические трубки из нержавеющей стали или высокотемпературные крыльчатки из специальных сплавов, нежели скоростные зонды, изготовленные с пластиковыми элементами. Например, при измерениях в газоходах, где чаще всего преобладают высокие температуры.
При проведении замеров необходимо, чтобы чувствительный элемент зонда был направлен строго навстречу потоку воздуха. При отклонении от этой оси увеличивается погрешность измерений, причем, чем больше угол отклонения, тем больше погрешность.
Измерение скорости потока и объемного расхода на вентиляционной решетке.
Для проведения измерений можно использовать любой анемометр или термоанемометр, но замеры будут быстрее, правильнее и точнее, если использовать анемометр с крыльчаткой большого диаметра D=60-100 мм, т.к. в этом случае диаметр крыльчатки будет сопоставим с размерами решетки. Для упрощения измерений и уменьшения погрешности можно использовать воронку вместе с прибором. Если необходимо проводить замеры в труднодоступных местах (например, под потолком), можно использовать либо телескопический зонд, либо зонд с удлинителем.
Анемометр с крыльчаткой большого диаметра D=60-100 мм – наиболее подходящий прибор, так как с ним проводится минимальное количество измерений, что дает более точный результат и минимум затраченного времени.
Анемометр с крыльчаткой малого диаметра D=16-25мм и термоанемометр. При использовании этих приборов необходимо провести большее количество измерений, нежели при использовании анемометра с крыльчаткой большого диаметра. Это занимает больше времени, а также уменьшает точность измерений ввиду того, что увеличивается вероятность отклонения от оси измерений при каждом замере.
При использовании любого из вышеперечисленных приборов желательно, чтобы он имел функцию расчета объемного расхода, а также усреднения по времени и количеству замеров. В противном случае придется эти значения рассчитывать самостоятельно. Для начала необходимо провести измерения скорости потока в нескольких точках, распределенных по решетке, например, как показано на рис. 2, после чего рассчитывать среднюю скорость по формуле:
Q = vср x F x 3600 [м3/ч], где vср [м/с] – средняя скорость потока, F [м2] – площадь поперечного сечения на измеряемом участке (решетки).
Анемометры с функциями расчета и усреднения облегчают работу наладчика – автоматизируют процесс расчета значений параметров воздушного потока, хотя измерения по точкам сечения все равно приходиться проводить, а также вводить в прибор площадь сечения.
Рис. 2. Распределение точек замеров в прямоугольном и круглом сечении воздуховода (решетки) по ГОСТ 12.3.018-79.
Воронки и другие принадлежности. При использовании прибора с воронкой отпадает необходимость проведения множества замеров, что дает более точный результат измерений и экономит время. Проводится всего лишь один замер. В случае с диффузором без воронки вообще очень трудно обойтись. После установки воронки с анемометром на вентиляционную решетку (диффузор), как показано на рис. 3, однородный поток воздуха будет устремлен прямо на чувствительный элемент прибора, благодаря чему будет измерена средняя скорость. Анемометры с функцией расчета объемного расхода отображают его автоматически. При этом надо учесть, что у каждой воронки есть свой коэффициент преобразования, который необходимо предварительно ввести в прибор. Если прибор не рассчитывает объемный расход, то его можно вычислить самостоятельно по формуле:
Иногда замеры необходимо производить в труднодоступных местах, когда решетки находятся на потолке или сразу под потолком. В этих случаях, чтобы не пользоваться стремянкой, можно использовать зонды с телескопической рукояткой или удлинители зондов.
Рис. 3. Установка воронки на вентиляционную решетку
Измерение скорости потока и объемного расхода непосредственно в воздуховоде (газоходе).
Перед работой надо убедиться, что в стенке воздуховода есть отверстие, диаметр которого соответствует диаметру измерительного зонда. Необходимо, чтобы это отверстие было на прямом участке воздуховода, так как в этом случае воздушный поток максимально однороден. Прямой участок должен быть длиной не менее пяти диаметров воздуховода. Точка замера выбирается с условием, что до нее должно быть расстояние, равное трем диаметрам воздуховода, и после нее – двум диаметрам.
Для проведения замеров используются термоанемометры, крыльчатые анемометры с малым диаметром крыльчатки D=16-25 мм и дифференциальные манометры с пневмометрическими трубками. Если в воздуховоде бывают малые скорости ( 80°С) используются высокотемпературные крыльчатки.
Измерения проводятся в тех же точках, что и в случае с вентиляционной решеткой. Примерное расположение точек замеров показано на рис. 2.
При использовании анемометров в зависимости от того, есть ли у прибора функция расчета объемного расхода и функция усреднения по времени и количеству замеров, искомые значения средней скорости и объемного расхода либо рассчитывает прибор, либо вычисляются самостоятельно по указанным выше формулам.
Дифференциальные манометры с пневмометрической трубкой используются при высоких температурах (> 80°С) и/или скоростях более 2 м/с. Приборы можно условно разделить на две группы: одни измеряют только перепад давлений (динамический напор), другие еще имеют функцию усреднения и рассчитывают скорость потока и объемный расход. Обращаем внимание, что у пневмометрических трубок, также как и у воронок, есть коэффициенты, которые также предварительно необходимо ввести в прибор. Кроме того, в прибор также надо вводить площадь сечения воздуховода и температуру потока. Можно использовать дифманометры с автоматическим каналом ввода температуры и пневмометрические трубки со встроенной термопарой для упрощения вычислений. Не советуем использовать пневмометрическую трубку Пито в запыленных потоках, в этом случае лучше проводить измерения горячей струной
Измерения проводятся в тех же точках, что и в случае с вентиляционной решеткой. Примерное расположение точек замеров показано на рис. 2.
Для дифманометров из первой группы, которые не имеют функции расчета скорости потока и объемного расхода (например, ДМЦ-01О), упрощенные формулы для расчета искомых значений приведены ниже. Точные формулы с расчетом плотности среды в общем случае см. в ГОСТ 17.2.4.06-90.
Динамический напор, измеряемый прибором:
Pd = Pt – Ps [Па или мм вод.ст.], где Pt – полное давление, Ps – статическое давление.
Скорость потока в точке замера:
— для Pdi в [Па] и
— для Pdi в [мм вод.ст.],
где Pdi – динамический напор в точке замера, Тр [°С] – температура
среды, Кт – коэффициент пневмометрической трубки.
Среднее значение скорости потока:
Объемный расход:
Q = vср x F x 3600 [м3/ч], где vср [м/с] – средняя скорость потока, F [м2] – площадь поперечного сечения на измеряемом участке.
Блок-схема выбора прибора.
Популярные приборы.
Наша компания на протяжении более 20 лет профессионально занимается приборами для измерения параметров воздушного потока: поставка, продажа, поверка, ремонт. Мы готовы проконсультировать и помочь в выборе прибора. Но из множества приборов, представленных на рынке, хотелось бы выделить наиболее популярные по итогам продаж. По мнению наших многочисленных клиентов, именно эти приборы имеют хорошие показатели по отношению «цена / качество».
Интернет-магазин контрольно-измерительных приборов и освещения » Мир приборов «
Ознакомьтесь с нашим ассортиментом в каталоге
Решения для жизни и работы!
Представленная информация на сайте носит справочный характер и не является публичной офертой.
Технические параметры (спецификация) и комплект поставки товара могут быть изменены производителем без предварительного уведомления.
ПРИБОРЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВОЗДУХА
Температуру поверхностей измеряют термопарами. Поверхности, температуру которых определяют, должны быть предварительно очищены от грязи, краски, ржавчины и т.д.
Относительную влажность воздуха измеряют психрометрами, гигрометрами и гигрографами.
Аспирационный психрометр с вентилятором (рис.2) состоит из двух ртутных термометров 2, резервуар одного и низ обернут одним слоем батиста и смачивается перед работой с помощью пипетки 5. Воду в пипетке нажатием на грушу 3 доводят до черточк5и (не ближе 1 см от края) и удерживают с помощью зажима 4. Затем при вертикальном положении прибора пипетку до отказа вводят в трубку 1. Через 3-4 с разжимают зажим (излишняя вода вбирается в грушу) и вынимают пипетку.
Рис. 2 Аспирационный психрометр с вентилятором
Воздух с помощью вентилятора 7 поступает в трубки 1 и обтекает резервуары термометров 2 со скоростью не более 2 м/с. Пружина вентилятора заводится ключом 6.
При отрицательной температуре относительную влажность воздуха рекомендуется измерять волосяным гигрометром (рис.3). Он состоит из металлической рамки 5, на которой с помощью винта 4, блока 1 и грузика 7 укреплен обезжиренный волос 3. На оси блока укреплена стрелка 2. Отсчет берется по шкале 6 в процентах. Принцип работы волосяного гигрометра основан на изменении длины обезжиренного волоса в зависимости от влажности воздуха.
Рис. 3 Волосяной гигрометр
Барометр-анероид (рис.4) работает на принципе измерения изменяющейся высоты анероидных коробок в зависимости от колебаний атмосферного давления. Через систему рычагов деформация коробок передается стрелке. Шкала должна быть отградурирована в паскалях.
Рис. 4 Барометр-анероид
Барограф (рис.5) по принципу действия аналогичен барометру-анероиду. В барографе изменение высоты анероидных коробок 6 через систему рычагов 5 передается перу 2. Запись давления ведется на специальной ленте 1, укрепленной на барабане 3 с суточным или недельным заводом. Первоначальное давление устанавливается с помощью специального винта 4 по барометру-анероиду.
Рис. 6 Кататермометр
Измерение скорости движения воздуха.Скорость замеряют анемометрами, термоанемометрми, воздухомерными трубками, кататермометрами и другими приборами.
Основным прибором для измерения скорости движения воздуха является анемометр. Наибольшее распространение получили крыльчатый анемометр АСО-3 и чашечный МС-13.
Рис. 7 Крыльчатый анемометр со струнной осью АСО-3
Рис. 8 Чашечный анемометр МС-13
Измеряя охлаждающее действие атмосферы сухим кататермометром, по эмпирическим формулам можно определить скорость движения воздуха: при скорости меньше 1 м/с используют формулу
Приборы должны быть снабжены тарировочными удостоверениями, в которых приведены поправки: 1) шкалы; 2) температурная; 3) добавочная, учитывающая неточности, остающиеся после внесения двух первых поправок.